De la célula al sistema
Una célula se convirtió en muchas; muchas células formaron tejidos, órganos y sistemas; y cada sistema cumple las mismas tres funciones: captar lo que el cuerpo necesita, transportarlo a donde se utiliza y eliminar lo que el cuerpo debe desechar. Esta sección es el núcleo de Biología IGCSE: células y moléculas, paso de sustancias a través de membranas, nutrición en plantas y humanos, respiración, intercambio gaseoso, transporte, excreción y coordinación.
Biología Edexcel International GCSE 4BI1, Sección 2 (afirmaciones 2.1–2.95) es la sección más grande del curso y sustenta todas las preguntas largas en ambos exámenes. Las afirmaciones con sufijo B son la extensión de ciencia separada (solo Biología); los estudiantes de doble titulación aprenden el núcleo sin letra.
Organización y células
La organización asciende: orgánulos → células → tejidos → órganos → sistemas.
| Estructura | Función |
|---|---|
| Núcleo | contiene ADN, controla la célula |
| Citoplasma | lugar donde ocurren las reacciones |
| Membrana celular | controla la entrada y salida de sustancias |
| Pared celular (plantas) | resistencia (celulosa) |
| Mitocondria | libera energía en la respiración |
| Cloroplastos (plantas) | absorben luz para la fotosíntesis |
| Ribosomas | síntesis de proteínas |
| Vacuola | almacena agua y sustancias disueltas (grande y permanente en plantas) |
2.5B Las células especializadas se desarrollan mediante diferenciación celular; 2.6B las células madre pueden reemplazar células dañadas — ventajas: tratar condiciones como parálisis o leucemia; desventajas: preocupaciones éticas sobre embriones, riesgo de rechazo y división descontrolada.
Moléculas biológicas y enzimas
Los carbohidratos contienen C, H, O; las proteínas añaden N; los lípidos son C, H, O con mucho menos oxígeno. Las moléculas grandes son cadenas de unidades pequeñas: almidón y glucógeno a partir de azúcares simples, proteína a partir de aminoácidos, lípidos a partir de ácidos grasos y glicerol. 2.9 Pruebas alimentarias: glucosa — Benedict (calentado, azul → rojo ladrillo); almidón — yodo (amarillo-marrón → azul-negro); proteína — Biuret (azul → púrpura); grasa — emulsión de etanol (capa blanca turbia).
Las enzimas son catalizadores biológicos: aceleran las reacciones metabólicas sin consumirse. Cada una tiene un sitio activo al que debe ajustarse el sustrato. Por encima de una temperatura óptima o lejos del pH óptimo, el sitio activo cambia de forma (desnaturalización) y la enzima deja de funcionar. Práctica 2.12/2.14B sigue la digestión de almidón por amilasa a diferentes temperaturas o pH con yodo.
Movimiento hacia y fuera de las células
Difusión es el movimiento neto de partículas desde una concentración mayor a una menor (oxígeno hacia la sangre). Ósmosis es la difusión de agua a través de una membrana semipermeable desde una solución diluida hacia una más concentrada. El transporte activo mueve sustancias en contra del gradiente utilizando energía de la respiración (iones minerales hacia las células del pelo radicular). La velocidad aumenta con la relación superficie-volumen, el gradiente de concentración y la temperatura, y disminuye con la distancia.
Nutrición
Plantas con flores. La fotosíntesis convierte la energía luminosa en energía química almacenada en glucosa:
Factores limitantes: concentración de dióxido de carbono, intensidad luminosa, temperatura — cada uno aumenta la tasa hasta que otro factor limita. Iones de magnesio forman clorofila (la deficiencia amarillea las hojas); iones nitrato forman aminoácidos. 2.23: la potamogetón muestra evolución de oxígeno; la prueba de yodo detecta almidón en una hoja tras bloquear la luz, CO₂ o clorofila.
Seres humanos. Una dieta equilibrada incluye carbohidratos, proteínas, lípidos, vitaminas A (visión nocturna), C (tejido conectivo), D (absorción de calcio), calcio (huesos) y hierro (hemoglobina), agua y fibra dietética. Las necesidades energéticas aumentan con la actividad, el crecimiento (edad) y el embarazo. El tubo digestivo —boca → esófago → estómago → duodeno e íleon → colon y recto, con el páncreas suministrando enzimas— mueve los alimentos mediante peristalsis. Digestión: amilasa y maltasa (almidón → glucosa), proteasas (proteína → aminoácidos), lipasas (lípidos → ácidos grasos + glicerol). La bilis (producida en el hígado, almacenada en la vesícula biliar) neutraliza el ácido estomacal y emulsiona lípidos en gotitas. La pared del íleon está plegada en vellosidades: enorme área superficial, paredes de una sola célula, densa red capilar —diseñadas para la absorción.
Respiración e intercambio gaseoso
La respiración libera energía de la glucosa para formar ATP, que suministra energía para la contracción muscular, síntesis de proteínas y transporte activo. Aeróbica: glucosa + oxígeno → dióxido de carbono + agua (ecuación simbólica: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O). Anaeróbica (sin oxígeno): en animales glucosa → ácido láctico (menos energía, deuda de oxígeno); en plantas y levaduras glucosa → etanol + dióxido de carbono.
Plantas (2.40B–2.45B). Los gases se mueven por difusión a través de estomas; la forma plana de la hoja, los espacios aéreos y las superficies finas y húmedas sirven para el intercambio gaseoso así como para la fotosíntesis. Durante el día, la fotosíntesis supera a la respiración, por lo que el intercambio neto es entrada de CO₂ y salida de O₂; por la noche solo continúa la respiración (entrada neta de O₂, salida de CO₂). El indicador hidrogenocarbonato lo demuestra: naranja → amarillo con CO₂ (oscuro), naranja → púrpura con menos CO₂ (luz brillante).
Seres humanos (2.46–2.50). Tórax: costillas, músculos intercostales, diafragma, tráquea → bronquios → bronquiolos → alvéolos, todos en membranas pleurales. Inspiración: los músculos intercostales y el diafragma se contraen, el volumen torácico aumenta, la presión disminuye y entra aire. El tabaquismo daña los alvéolos (enfisema), obstruye arterias y eleva el riesgo de enfermedad coronaria.
Transporte
Los organismos unicelulares se manejan solo con difusión —cada parte está cerca de la superficie—. Los organismos pluricelulares necesitan sistemas de transporte.
Plantas. El xilema transporta agua e iones minerales de las raíces a las hojas; el floema lleva sacarosa y aminoácidos entre las hojas y el resto de la planta. B-extensión: las células del pelo radicular absorben agua por ósmosis; la transpiración es la evaporación de agua desde las superficies, principalmente vía estomas, más rápida con baja humedad, alto viento, alta temperatura y luz intensa.
Seres humanos. Sangre: plasma (transporta CO₂, alimentos digeridos, urea, hormonas, calor), glóbulos rojos (discos bicóncavos, sin núcleo, llenos de hemoglobina —gran superficie y corto camino de difusión para el oxígeno), glóbulos blancos (fagocitos ingieren patógenos; linfocitos liberan anticuerpos específicos), y plaquetas (coagulación, B-extensión; la vacunación genera células de memoria, B-extensión).
El lado derecho del corazón bombea sangre a los pulmones, el izquierdo al cuerpo; el ejercicio y la adrenalina elevan la frecuencia cardíaca. Las arterias llevan sangre alejándose a alta presión (paredes gruesas y elásticas), las venas la devuelven a baja presión (lumen ancho, válvulas), los capilares intercambian materiales (paredes de una sola célula). Factores de riesgo para la enfermedad coronaria incluyen tabaquismo, dieta alta en grasas y falta de ejercicio.
Excreción
Las plantas pierden desechos O₂ y CO₂ a través de los estomas. Los seres humanos excretan CO₂ (pulmones), urea + agua + iones (riñones —agua y urea también en sudor). B-extensión: el riñón filtra la sangre en nefronas (cápsula de Bowman → glomérulo; ultrafiltración; reabsorción selectiva de toda la glucosa en el túbulo contorneado proximal; reabsorción de agua del conducto colector bajo ADH —osmorregulación). La orina contiene agua, urea e iones; el sistema urinario recorre riñones → uréteres → vejiga → uretra.
Coordinación y respuesta
Homeostasis mantiene el entorno interno constante (contenido de agua, temperatura). Una respuesta coordinada requiere estímulo → receptor → efector. Las plantas responden a la luz (fototropismo) y a la gravedad (geotropismo) — los tallos crecen hacia la luz, las raíces hacia abajo — controlado por la auxina que se acumula en el lado sombreado del tallo.
El control nervioso es eléctrico, rápido y de corta duración; el control hormonal es químico en la sangre, más lento y de larga duración. El SNC (cerebro y médula espinal) se conecta con los órganos sensoriales mediante nervios; en una sinapsis, un neurotransmisor transmite la señal entre neuronas.
El ojo enfoca cambiando la forma del cristalino (cerca: más curvo) y responde a la luz mediante la pupila. Control de temperatura en la piel: sudar enfría por evaporación; vasodilatación pierde calor; vasoconstricción lo conserva. Hormonas: adrenalina (glándulas suprarrenales — lucha o huida), insulina (páncreas — reduce la glucosa sanguínea), testosterona (testículos), progesterona y estrógeno (ovarios); la extensión B añade ADH (hipófisis), FSH y LH (hipófisis — ciclo menstrual).
Compruébalo tú mismo
- Ordenar por tamaño: célula, órgano, organelo, sistema, tejido.
- Dar dos estructuras que tiene una célula vegetal que carece de una célula animal, y una que tiene la célula animal que la mayoría de las células vegetales carecen.
- Nombrar las unidades pequeñas que construyen proteínas, almidón y lípidos.
- Indicar los cambios de color para las pruebas de Benedict, yodo y Biuret.
- ¿Por qué dejar de funcionar una enzima al calentarla muy por encima de su óptimo?
- Diferenciar difusión, ósmosis y transporte activo en una oración cada uno.
- Escribir la ecuación simbólica balanceada para la fotosíntesis y para la respiración aeróbica.
- Dar dos adaptaciones de la hoja para la fotosíntesis y dos del alvéolo para el intercambio gaseoso.
- ¿Por qué puede sobrevivir un organismo unicelular sin un sistema de transporte?
- Comparar arterias, venas y capilares según el grosor de la pared, el tamaño del lumen y la función.
- Describir qué sucede con la glucosa, el agua y la urea a medida que el líquido pasa a lo largo de una nefrona (B).
- Indicar la ruta de un arco reflejo y dar una ventaja de los reflejos.
Respuestas: 1 organelo → célula → tejido → órgano → sistema; 2 pared de celulosa y cloroplastos (y una gran vacuola permanente); las células animales contienen muchas mitocondrias; 3 aminoácidos; azúcares simples; ácidos grasos y glicerol; 4 Benedict azul → rojo ladrillo (con glucosa, calentado); yodo amarillo-marrón → azul-negro (con almidón); Biuret azul → púrpura (con proteína); 5 el sitio activo cambia de forma (desnaturalización) de modo que el sustrato ya no encaja; 6 difusión — movimiento neto a favor de un gradiente de concentración; ósmosis — solo agua, a través de una membrana semipermeable; transporte activo — contra el gradiente, usando energía; 7 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ (luz, clorofila); C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O; 8 hoja: superficie plana ancha y células palisádicas empaquetadas con cloroplastos (o espacios aéreos/estomas); alvéolo: paredes de una sola capa de células y enorme superficie (superficie húmeda, red capilar); 9 su superficie es grande en comparación con su volumen, de modo que la difusión llega a todas las partes lo suficientemente rápido; 10 arterias — paredes musculares gruesas, lumen estrecho, transportan sangre lejos a alta presión; venas — paredes finas, lumen ancho, válvulas, devuelven sangre a baja presión; capilares — paredes de una sola capa de células, intercambian materiales; 11 (B) toda la glucosa es reabsorbida selectivamente a la sangre en el túbulo contorsionado proximal; el agua es reabsorbida del conducto colector (controlado por ADH); la urea no es reabsorbida y sale en la orina junto con el agua y los iones; 12 estímulo → receptor → neurona sensitiva → neurona de enlace (SNC) → neurona motora → efector; los reflejos son rápidos y automáticos, protegiendo el cuerpo antes de que ocurra el daño.